Aktive Formationsänderung zur verbesserten hindernisfreien Pfadplanung für Teams aus Autonomen Maritimen Fahrzeugen

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des "GREX" Projekts am Fachgebiet Systemanalyse der Technischen Universität Ilmenau erstellt. Sie präsentiert ein Hindernisvermeidungskonzept für Teams aus autonomen maritimen Fahrzeugen. Die Kollisionsvermeidung ist essenziell bei der Planung von Missionen für ein Fahrzeugteam und wird entweder unter Einhaltung der anfänglich vorhandenen Formation oder durch die Änderung dieser erreicht. Bei der Erstellung dieser Arbeit mussten Anforderungen an einen Missionsplan eines Teams aus Unterwasserfahrzeugen unter Einhaltung eines Sicherheitsabstands zu den Hindernisobjekten berücksichtigt werden. Diese ergeben sich aus den im Allgemeinen beschränkten Manövrierfähigkeiten eines Unterwasserfahrzeugs. Das Konzept beinhaltet Algorithmen zur Kollisionserkennung, Vergrößerung und Diskretisierung der Hindernisse, Sichtbarkeitsgrapherzeugung, Modifizierung des Suchgraphen und der Start- und Zielposition, Formationsänderung und zur Generierung neuer Missionspläne. Für die Kollisionserkennung werden Verfahren zur Schnittpunktberechnung zwischen den definierten Missionsplanelementen Strecke und Kreisbogen und den als Ellipsen modellierten Objekten eingesetzt. Wird eine Kollisionssituation erkannt, wird eine Start- und Zielposition generiert, wobei ein Sicherheitsabstand zu den Objekten definiert wird. Das dahinter stehende Ziel ist, das Team sicher und kollisionsfrei zwischen Start- und Zielposition zu führen. Die Wegeplanung einer Formationsfahrt wird für ein definiertes virtuelles Führungsfahrzeug durchgeführt, wobei die Hindernisobjekte zur Berücksichtigung der geometrischen Formationsausdehnung vergrößert werden. Der Suchgraph wird hierbei modifiziert, um nur gültige Wege, die vom Team unter Berücksichtigung der Anforderungen gefahren werden können, zu enthalten. Die Änderung der Formation geschieht durch den Spurwechsel eines Fahrzeugs von seiner Sollspur auf die freie Spur eines benachbarten Fahrzeugs. Dies wird durch die Verwendung von zwei Kreisbogenmanövern, die zwischen den beiden Spuren platziert werden, realisiert. Die Missionspläne der Teamfahrzeuge werden durch die Transformation des Missionsplans des Führungsfahrzeugs erzeugt. Existieren mehrere Umplanungsmöglichkeiten werden diese unter Verwendung von Bewertungskriterien, die die aktuelle Missionsaufgabe durch Gewichtungsfaktoren berücksichtigen, bewertet.